JP7239125B2 - Radiation imaging device - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 開催日 2020年9月25~9月26日(発表日:2020年9月25日) 集会名、開催場所 21st International Young Scientists Conference Optics and High Technology Material Science -SPO 2020 ONLINE オンライン開催 〔刊行物等〕 発行日 2019年10月8日 刊行物(刊行物名、巻数、号数、該当ページ、発行所/発行元等) IEEE International Conference on 3D System Integration,3DIC論文集、 公開先:https://ieeexplore.ieee.org/document/9058894/metrics#metrics 発行元:IEEE 〔刊行物等〕 開催日 2019年10月8日~10月10日(発表日:2019年10月9日) 集会名、開催場所 IEEE 2019 INTERNATIONAL 3D SYSTEMS INTEGRATION CONFERENCE 宮城野区文化センター パトナシアター 〒983-0842 宮城県仙台市宮城野区五輪2-12-70 〔刊行物等〕 開催日 2019年10月13日~10月17日(発表日:2019年10月16日) 集会名、開催場所 236th ECS Meeting Hilton Atlanta 255 Courtland Street NE,Atlanta,Georgia,30303,USA 〔刊行物等〕 開催日 2019年10月26日~11月2日(発表日:2019年10月30日) 集会名、開催場所 2019 IEEE NSS-MIC Manchester Central Convention Complex Windmill Street,Petersfield,Manchester,Greater Manchester M2 3GX,EnglandApplication of Article 30,
本開示は、放射線撮像装置を説明する。 This disclosure describes a radiation imaging apparatus.
従来の撮像装置として、下記特許文献1に記載のように、複数の画素、電荷蓄積部、及び画素信号読み出し用のトランジスタを含む画素共有型の構造が知られている。この従来の構造では、複数の画素間で電荷蓄積部及びトランジスタが共有されている。一方で、放射線の2次元的な分布を検出する技術が開発されている。このような放射線検出技術は、医療分野、工業分野、セキュリティ分野などへの応用が期待されている。放射線検出技術を利用した放射線検出器は、放射線のエネルギに応じた電荷、あるいは、検出器に入射した粒子の数に応じた電荷を画素毎に生成する。そして、画素毎に対応して設けられた複数の読出回路において、当該電荷を積分した値、あるいは、粒子の数を利用して、放射線に関する情報を画素毎に得る。
2. Description of the Related Art As a conventional imaging device, a pixel-sharing structure including a plurality of pixels, a charge storage section, and a transistor for reading out pixel signals is known, as described in
従来の放射線検出器では、検出領域を広げる目的のために複数の検出器を配列した構成が使用されている。このような構成では、複数の画素を有する複数の検出器から、外部の回路基板等に出力する配線の経路が複雑化する傾向にあった。そのため、複数の検出器から出力される信号にノイズが生じたり、複数の検出器からの出力信号間に干渉が生じる場合もあった。そのため、従来の放射線検出器では、出力される画素毎の情報の信頼度が低下する場合があった。
本開示は、配線の経路を単純化して出力情報の信頼度を向上できる放射線撮像装置を説明する。A conventional radiation detector uses a configuration in which a plurality of detectors are arranged for the purpose of expanding the detection area. In such a configuration, there has been a tendency to complicate wiring paths for output from a plurality of detectors having a plurality of pixels to an external circuit board or the like. Therefore, noise may occur in the signals output from the plurality of detectors, or interference may occur between the output signals from the plurality of detectors. Therefore, in conventional radiation detectors, the reliability of information for each pixel that is output may be lowered.
The present disclosure describes a radiation imaging apparatus that can simplify wiring routes and improve reliability of output information.
本開示の一形態である放射線撮像装置は、入射した放射線のエネルギあるいは粒子の数に対応する電荷を生成する複数の電荷生成部、及び複数の電荷生成部のそれぞれによって生成される電荷に基づくデジタル値を出力する複数の読出部とが、互いに積層されて二次元的に配置された放射線検出器と、複数の放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、一の放射線検出器の複数の読出部は、デジタル値を示すデータを、外部からの制御信号に応じて、複数の読出部内で転送した後に、隣接する他の放射線検出器に出力するように構成されている。 A radiation imaging apparatus according to one embodiment of the present disclosure includes a plurality of charge generation units that generate charges corresponding to the energy of incident radiation or the number of particles, and a digital radiograph based on the charges generated by each of the plurality of charge generation units. a plurality of reading units for outputting values, radiation detectors stacked and arranged two-dimensionally, and a circuit board on which the plurality of radiation detectors are arranged; is configured to transfer data representing a digital value among the plurality of readout units in response to a control signal from the outside, and then output the data to other adjacent radiation detectors.
この放射線撮像装置において、複数の読出部のそれぞれにおいて、複数の電荷生成部によって生成された電荷に基づくデジタル値が出力される。このとき、複数の読出部は、それぞれ、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを複数の読出部内で転送した後に隣接する放射線検出器に出力する。このような構成により、複数の放射線検出器における少なくとも一部の読出部において、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を向上させることができる。 In this radiation imaging apparatus, each of the plurality of readout units outputs a digital value based on charges generated by the plurality of charge generation units. At this time, each of the plurality of readout units transfers data representing a digital value within the plurality of readout units in response to a control signal from the outside, and then outputs the data to the adjacent radiation detector. Such a configuration eliminates the need for wiring for outputting data to the outside in at least some of the readout units in the plurality of radiation detectors. As a result, the wiring route for data output is simplified, and the reliability of the output information indicated by the data can be improved.
一形態において、複数の読出部は、デジタル値を示すデータを、外部からの制御信号に応じて、隣接する他の読出部に、順次転送するように構成されていてもよい。この場合、複数の読出部は、それぞれ、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを隣接する読出部に順次転送する。このような構成により、放射線検出器内の少なくとも一部の読出部において、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を向上させることができる。 In one form, the plurality of readout units may be configured to sequentially transfer data representing digital values to other adjacent readout units in response to a control signal from the outside. In this case, each of the plurality of readout units sequentially transfers data representing a digital value to adjacent readout units in response to a control signal from the outside. Such a configuration eliminates the need for wiring for outputting data to the outside in at least part of the readout section in the radiation detector. As a result, the wiring route for data output is simplified, and the reliability of the output information indicated by the data can be improved.
一形態において、複数の読出部は、一の放射線検出器に含まれる全ての読出部を経由させてデータを転送するように構成されていてもよい。この場合、複数の読出部は、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを全ての読出部を経由して転送する。このような構成により、放射線検出器内のより多くの読出部において、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が一層単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を一層向上させることができる。 In one form, the plurality of readout units may be configured to transfer data via all readout units included in one radiation detector. In this case, the plurality of readout units transfer data representing digital values via all the readout units in response to a control signal from the outside. Such a configuration eliminates the need for wiring for outputting data to the outside in a larger number of reading units in the radiation detector. As a result, the wiring route for data output is further simplified, and the reliability of the output information indicated by the data can be further improved.
一形態において、複数の読出部のうちの放射線検出器における最縁部の読出部の少なくとも1つは、制御信号に応じて、隣接する他の読出部から転送されたデータを回路基板に出力するように構成されていてもよい。この構成によれば、最縁部の読出部が隣接する他の読出部から転送されたデータを回路基板に出力するので、放射線検出器における複数の読出部を経由して順次転送されたデータを、最縁部の読出部が回路基板に出力できる。これにより、放射線検出器内の複数の読出部からデータを出力するための配線が不要とされ、1つの放射線検出器につながる配線の数を効率的に削減できる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。 In one aspect, at least one of the readout units at the edge of the radiation detector among the plurality of readout units outputs data transferred from other adjacent readout units to the circuit board in response to the control signal. It may be configured as According to this configuration, since the reading section at the outermost edge outputs the data transferred from the adjacent reading section to the circuit board, the data sequentially transferred via the plurality of reading sections in the radiation detector can be output to the circuit board. , the reading portion at the outermost edge can be output to the circuit board. This eliminates the need for wiring for outputting data from a plurality of readout units in the radiation detector, and effectively reduces the number of wirings connected to one radiation detector. As a result, the reliability of output information can be further improved.
一形態において、放射線検出器の複数の読出部のうちの放射線検出器における最縁部の読出部の少なくとも1つは、当該放射線検出器に隣接する他の放射線検出器の最縁部の読出部から出力されたデータを蓄積及び転送するように構成されてもよい。この構成によれば、1つの放射線検出器における最縁部の読出部が、1つの放射線検出器に隣接する他の放射線検出器の最縁部の読出部から出力されたデータを蓄積及び転送するように機能する。これにより、他の放射線検出器からデータを出力するための配線を短くすることができる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。 In one embodiment, at least one of the edgemost readout portions of the radiation detector among the plurality of readout portions of the radiation detector is the edgemost readout portion of another radiation detector adjacent to the radiation detector. may be configured to store and forward data output from the . According to this configuration, the readout section at the edge of one radiation detector accumulates and transfers data output from the readout section at the edge of another radiation detector adjacent to the one radiation detector. function as Thereby, wiring for outputting data from other radiation detectors can be shortened. As a result, the reliability of output information can be further improved.
一形態において、複数の読出部が内部に形成された別の回路基板を備え、最縁部の読出部の少なくとも1つは、データを別の回路基板を貫通する貫通電極を経由して回路基板に出力してもよい。この構成によれば、最縁部の読出部と回路基板とを接続する配線を電荷生成部の範囲内に形成することができ、放射線撮像装置における複数の放射線検出器の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。 In one form, a further circuit board having a plurality of readouts formed therein, at least one of the outermost readouts transmits data to the circuit board via a through electrode penetrating through the another circuit board. can be output to According to this configuration, the wiring that connects the reading section at the outermost edge and the circuit board can be formed within the range of the charge generating section, and the gap between the plurality of radiation detectors in the radiation imaging apparatus can be reduced. be able to. As a result, it is possible to prevent the occurrence of dead zones in the radiation imaging apparatus.
一形態において、複数の読出部が内部に形成された別の回路基板を備え、最縁部の読出部の少なくとも1つには、データが、回路基板と別の回路基板を貫通する貫通電極とを経由して入力されてもよい。このような構成によれば、最縁部の読出部と回路基板とを接続する配線を電荷生成部の範囲内に形成することができ、複数の放射線検出器1の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。
In one embodiment, the circuit board includes another circuit board in which a plurality of readout sections are formed, and at least one of the readout sections at the outermost edge is provided with a through electrode that passes through the circuit board and the other circuit board. may be entered via According to such a configuration, the wiring that connects the readout section at the outermost edge and the circuit board can be formed within the range of the charge generation section, and the gap between the plurality of
本開示の放射線撮像装置は、配線の経路を単純化して出力情報の信頼度を向上できる。 The radiation imaging apparatus of the present disclosure can simplify the wiring route and improve the reliability of output information.
以下、添付図面を参照しながら本開示の放射線撮像装置を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1に示す実施形態に係る放射線撮像装置である放射線画像センサ100は、検査対象から到達する放射線に基づく二次元画像を得る。放射線とは、例えば、ガンマ線、X線、アルファ線、ベータ線などである。放射線画像センサ100は、放射線検出器1と、処理部2と、制御部3と、回路基板4と、を有する。放射線画像センサ100は、複数の放射線検出器1を有する。Hereinafter, the radiation imaging apparatus of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
A
放射線検出器1は、矩形板状の回路基板4上でその表面に沿った一方向及び一方向に垂直な方向に並ぶように二次元的に配置されている。例えば、放射線検出器1は、回路基板4上で3個×3個の合計9個で二次元的に配列される。それぞれの放射線検出器1は、回路基板4の表面に沿って二次元的に配列された複数の画素(電荷生成部)を有し、画素毎に入射した放射線に応じた画素値を示すデータを出力する。この放射線検出器1は、1個の電荷生成器7と、1個の読出回路基板8と、を有する。電荷生成器7及び読出回路基板8の形状は、矩形板状である。放射線検出器1は、積層構造を有する。1個の電荷生成器7には、その電荷生成器7に対応する1個の読出回路基板8が設けられている。それぞれの電荷生成器7は、対応する読出回路基板8の上に積層されて配置されている。後述するように、それぞれの電荷生成器7は、読出回路基板8に対してバンプ電極を介して電気的に接続されている。電荷生成器7は、複数の画素毎に入射した放射線のエネルギに対応する電荷に応じた信号を出力する。そして、読出回路基板8は、電荷生成器7が生成した画素毎の電荷を処理する。その結果、読出回路基板8は、複数の画素毎に画素値としてのデジタル信号φ2を生成する。読出回路基板8は、後述するように、複数の画素毎のデジタル信号φ2を処理部2に出力する。
The
処理部2は、回路基板4を介して複数の放射線検出器1に接続されている。処理部2は、それぞれの放射線検出器1から画素毎のデジタル信号φ2を受け取る。例えば、処理部2は、複数の放射線検出器1から受け取った画素毎のデジタル信号φ2に基づく、複数の放射線検出器1に含まれる全画素分の二次元画像を出力する。制御部3は、回路基板4を介して複数の放射線検出器1に接続されている。制御部3は、複数の放射線検出器1に制御信号を提供する。
The
図2を参照して、放射線検出器1及び回路基板4の構成を詳細に説明する。図2は、図1の放射線画像センサ100のII-II線に沿った端面図である。上述したように、放射線検出器1は、電荷生成器7と、読出回路基板8と、を有する。
The configurations of the
電荷生成器7は、X線などの放射線を受ける。電荷生成器7は、画素毎に、受けたX線によって電子正孔対(電荷対)を生成する。つまり、電荷生成器7は、画素毎に、受けた放射線をそのエネルギに対応した電流信号(電荷信号)に変換する。電荷生成器7としては、例えば、Cd(Zn)Te電荷生成器、Si電荷生成器、Ge電荷生成器、GaAs電荷生成器、GaN電荷生成器、TlBr電荷生成器等を利用してよい。また、電荷生成器7として、画素毎に、シンチレータと光検出器とを備えた装置を用いてもよい。シンチレータは、X線を光に変換する。光検出器は、シンチレータが生成した光を電荷に変換する。
The
図2には、CdTe等の化合物半導体を検出素子として含む場合の電荷生成器7の構成例を示している。このように、電荷生成器7は、矩形平板状の検出素子7aと、表面電極7b、および複数のバンプ電極7cとを含む。検出素子7aの放射線入射側の表面全体に表面電極7bが形成されている。検出素子7aの裏面には、2次元的に配列された突起状の電極であるバンプ電極7cが形成されている。このような構造の放射線検出器1においては、バンプ電極7cに対向する電荷生成器7の複数の領域のそれぞれが画素(電荷生成部)を形成する。放射線画像センサ100の使用時には、外部から表面電極7bに正のバイアス電圧が印加される。これにより、検出素子7aの各画素において入射した放射線のエネルギに対応した電流信号が生成され、それぞれに対応するバンプ電極7cから読出回路基板8に電流信号が取り出される。例えば、バンプ電極7cは検出素子7aの裏面に96個×96個で二次元的に配列される。このような構成においては、放射線検出器1は96個×96個で二次元的に配列された画素を有することとなる。
FIG. 2 shows a configuration example of the
読出回路基板8は、電荷生成器7の各画素が出力する電流信号を基に、電荷φ1を画素値であるデジタル信号φ2に変換する。また、読出回路基板8は、画素毎のデジタル信号φ2を処理部2に出力する。画素毎のデジタル信号φ2は、少なくとも各画素に入射した放射線が有していたエネルギの情報を含む。
The
詳細には、読出回路基板8は、配線層8aと集積回路層8bとの二層構造を有する。配線層8aは、集積回路層8bの反対側の面が電荷生成器7の複数のバンプ電極7cと接触した状態で保持されている。この配線層8aは、複数のバンプ電極7cと集積回路層8b内の対応する読出回路(詳細は後述する)とを電気的に接続する電気配線を内部に有する。集積回路層8bには、電荷生成器7の各画素から出力された電気信号を処理してデジタル信号φ2を出力する複数の読出回路(読出部)が形成された回路群8cが内蔵されている。さらに、集積回路層8bには、その主面に沿った一方の端部側に設けられ、回路群8cに信号を入力するための貫通電極8d、及び貫通電極8dを回路基板4に電気的に接続するためのバンプ電極8eと、主面に沿った他方の端部側に設けられ、回路群8cから信号を出力するための貫通電極8f、及び貫通電極8fを回路基板4に電気的に接続するためのバンプ電極8gとが設けられる。貫通電極8d及び貫通電極8fは、それぞれ、集積回路層8bを貫通し、回路群8c内の最縁部の読出回路(後述)に電気的に接続される。なお、隣接する2つの放射線検出器1は、一方の放射線検出器1に設けられる貫通電極8f及びバンプ電極8gと他方の放射線検出器1に設けられる貫通電極8d及びバンプ電極8eとが接近するように配置される。
Specifically, the
回路基板4は、放射線検出器1が搭載される面上に形成された複数の表面電極(電気配線)4aを有している。表面電極4aは、回路基板4上の放射線検出器1のバンプ電極8eを、制御部3、あるいは隣接する回路基板4上の放射線検出器1のバンプ電極8gに接続し、放射線検出器1のバンプ電極8gを、処理部2、あるいは隣接する放射線検出器1のバンプ電極8eに接続するための配線部である。
The
ここで、図3及び図4を参照し、集積回路層8b内の読出回路の構成について詳述する。図3は、集積回路層8b内の読出回路8hの配置を示す平面図であり、図4は、読出回路8hの構成を示している。
Now, with reference to FIGS. 3 and 4, the configuration of the readout circuit in the
図3に示すように、集積回路層8b内には、放射線検出器1の複数の画素に対応するように、二次元的に配置された複数の読出回路8hを有する。例えば、放射線検出器1が96個×96個で二次元的に配列された画素を有する場合には、それに対応して、96個×96個で二次元的に配列された複数の読出回路8hを有する。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、読出回路8hは、信号変換器10と、メモリ14と、を有する。つまり、電荷生成器7の1つの画素に対して、1個の信号変換器10、及び1個のメモリ14が接続されている。
信号変換器10は、電荷生成器7の対応する画素のバンプ電極7cと配線層8aを介して電気的に接続されている。信号変換器10は、電荷生成器7内の対応する画素から電流信号を基にした電荷φ1を受ける。そして、信号変換器10は、電荷φ1に基づくアナログ信号を離散化し、デジタル信号として出力する。つまり、信号変換器10は、A/D変換器である。例えば、信号変換器10の分解能は、10ビットであるとしてよい。このアナログ信号は、電圧として表現され、電荷生成器7内の対応する画素に入射した放射線のエネルギに対応する。As shown in FIG. 4, the
The
メモリ14は、信号変換器10に接続され、信号変換器10からデジタル信号を受ける。そして、メモリ14は、デジタル信号が入力されるたびに、デジタル信号φ2を保存する。さらに、メモリ14は、隣接する他の画素に対応する読出回路8hのメモリ14に接続されている。そして、メモリ14は、制御部3から提供される制御信号θに応じて、信号変換器10によって生成されたデジタル信号φ2を、隣接する他の画素に対応するメモリ14に出力するか、あるいは、貫通電極8f、バンプ電極8g、及び表面電極4aを介して外部(処理部2あるいは隣接する放射線検出器1)に出力する。また、メモリ14は、隣接する他の画素に対応する読出回路8hから受信したデジタル信号φ2、あるいは、隣接する放射線検出器1から、表面電極4a、バンプ電極8e、及び貫通電極8dを介して受信したデジタル信号φ2を、逐次上書き保存する。そして、メモリ14は、上記制御信号に応じて、他の画素から受信したデジタル信号φ2を、隣接する他の画素に対応するメモリ14に出力するか、あるいは、貫通電極8f、バンプ電極8g、及び表面電極4aを介して外部(処理部2あるいは隣接する放射線検出器1)に出力する。
図3に戻って、1つの放射線検出器1に含まれる複数の読出回路8hのメモリ14によるデータ転送機能について説明する。複数の画素の対応する読出回路8hは、複数の画素の配列に対応するように、矩形平板状の集積回路層8bの表面に沿って一の方向(一次元方向)及び一の方向に垂直な他の方向に沿って2次元的に配列されている。これらの読出回路8hは、制御部3からの制御信号に応じて、隣接する他の読出回路8hにデジタル信号φ2を順次転送する(すなわち、シリアルデータ転送を行う)。以下の説明では、上記一の方向をX軸方向と定義し、+X方向を下方向、-X方向を上方向とし、上記他の方向をY軸方向と定義し、+Y方向を右方向、-Y方向を左方向とするものとする。
Returning to FIG. 3, the data transfer function by the
上方向の最端列の複数の読出回路8hについては、左右の最縁部の読出回路8hを除いては、制御信号に応じて、左方向に隣接する読出回路8hから受信したデジタル信号φ2を逐次保存した後、右方向に隣接する読出回路8hに向けて保存したデジタル信号φ2を出力(転送)する。当該列の左端部の読出回路8hは、隣接する放射線検出器1の最縁部の読出回路8hから入力されたデジタル信号φ2を、表面電極4a、バンプ電極8e、及び貫通電極8dを経由して受信して逐次保存した後、右方向に隣接する読出回路8hに向けて保存したデジタル信号φ2を出力(転送)する。当該列の右端部の読出回路8hは、左方向に隣接する読出回路8hから受信したデジタル信号φ2を逐次保存した後、下方向に隣接する読出回路8h、すなわち、下方向に隣接する列の右端部の読出回路8hに向けて保存したデジタル信号φ2を出力(転送)する。
The plurality of
上記最端列に隣接する2列目の複数の読出回路8hについては、上記の動作に対してデータ転送方向が逆の動作を行う。すなわち、左右の最縁部の読出回路8hを除いては、制御信号に応じて、右方向に隣接する読出回路8hから受信したデジタル信号φ2を逐次保存した後、左方向に隣接する読出回路8hに向けて保存したデジタル信号φ2を出力する。当該列の右端部の読出回路8hは、隣接列の右端部の読出回路8hから出力されたデジタル信号φ2を逐次保存した後、左方向に隣接する読出回路8hに向けて保存したデジタル信号φ2を出力する。当該列の左端部の読出回路8hは、右方向に隣接する読出回路8hから受信したデジタル信号φ2を逐次保存した後、下方向に隣接する読出回路8h、すなわち、下方向に隣接する列の左端部の読出回路8hに向けて保存したデジタル信号φ2を出力する。
The plurality of
3列目から下方向の最端列までの読出回路8hは、同様なデータ転送機能を有する。ただし、最後にデータの転送を受けた最縁部の読出回路8h(図3の例では下方向の最端列における右端の読出回路8h)は、隣接する他の放射線検出器1の最縁部の読出回路8h、あるいは、処理部2に向けて、貫通電極8f、バンプ電極8g、及び表面電極4aを経由して、保存したデジタル信号φ2を出力する。
上記のように、1つの放射線検出器1に含まれる複数の読出回路8hは、隣接する放射線検出器1からのデータ入力が1つで、そのデータを、全ての読出回路8hを経由させて転送させた後に、1つのデータ出力である読出回路8hから隣接する放射線検出器1に出力するように構成されている。その一方で、1つの放射線検出器1に含まれる複数の読出回路8hを複数の領域で分割し、分割された複数の領域ごとに、1つのデータ入力及び1つのデータ出力を有していて、データを全ての読出回路8hを経由して転送させるように構成されてもよい。また、分割された複数の領域ごとに、1つのデータ入力及び複数のデータ出力を有していて、データを並列に全ての読出回路8hを経由して転送させた後に、最後に転送を受けた複数のデータ出力である読出回路8hから、データを隣接する放射線検出器1に出力してもよい。
As described above, the plurality of
図5、図6、及び図7を参照して、放射線画像センサ100に含まれる複数の放射線検出器1におけるシリアルデータ転送の方向の関係を説明する。図5~7は、回路基板4上に二次元的に配列された放射線検出器1のデータ転送方向の関係の一例を示す平面図である。ここでは、図4と同様に、放射線検出器1の配列方向の一の方向をX軸方向と定義し、+X方向を下方向、-X方向を上方向とし、上記配列方向の他の方向をY軸方向と定義し、+Y方向を右方向、-Y方向を左方向とするものとする。このように、それぞれの放射線検出器1は、互いのデータ転送方向が略平行となるように配置される。
5, 6, and 7, the relation of the directions of serial data transfer in the plurality of
図5に示す転送方向の例では、上方向の最端列の複数の放射線検出器1は、左端部の放射線検出器1を除いては、制御信号に応じて、左方向に隣接する放射線検出器1から、表面電極4a、バンプ電極8e、及び貫通電極8dを経由して受信したデジタル信号φ2を、内部の複数の読出回路8hを経由してデータ転送する。当該列の左端部の放射線検出器1は、制御信号に応じて、内部の複数の読出回路8h間でデータ転送を行う。それと同時に、右端部の放射線検出器1を除いては、それぞれの放射線検出器1は、制御信号に応じて、右方向に隣接する放射線検出器1に向けて、最縁部の読出回路8hで保存したデジタル信号φ2を、貫通電極8f、バンプ電極8g、及び表面電極4aを経由して出力する。当該列の右端部の放射線検出器1は、下方向に隣接する放射線検出器1に向けて、最縁部の読出回路8hで保存したデジタル信号φ2を、貫通電極8f、バンプ電極8g、及び表面電極4aを経由して出力する。
In the example of the transfer direction shown in FIG. 5 , the plurality of
上記最端列に隣接する2列目の複数の放射線検出器1については、上記の動作に対してデータ転送方向が逆の動作を行う。すなわち、左右の最縁部の読出回路8hを除いては、制御信号に応じて、右方向に隣接する放射線検出器1から受信したデジタル信号φ2を読出回路8h間で転送すると同時に、左方向に隣接する放射線検出器1に向けて転送したデジタル信号φ2を出力する。当該列の右端部の読出回路8hは、隣接列の右端部の放射線検出器1から出力されたデジタル信号φ2を読出回路8h間で転送すると同時に、左方向に隣接する放射線検出器1に向けて転送したデジタル信号φ2を出力する。当該列の左端部の放射線検出器1は、右方向に隣接する放射線検出器1から受信したデジタル信号φ2を読出回路8h間で転送すると同時に、下方向に隣接する放射線検出器1に向けて転送したデジタル信号φ2を出力する。
For the plurality of
3列目から下方向の最端列までの放射線検出器1は、同様なデータ転送機能を有する。ただし、最後にデータの転送を受けた最縁部の放射線検出器1は、処理部2に向けて、貫通電極8f、バンプ電極8g、及び表面電極4aを経由して、転送したデジタル信号φ2を出力する。このように、放射線画像センサ100を構成する全ての放射線検出器1を漏れなく経由するような、デイジーチェーン接続によるデータ転送が実現される。
The
なお、放射線画像センサ100に含まれる複数の放射線検出器1は、表面電極4a、バンプ電極8e、貫通電極8d、貫通電極8f、及びバンプ電極8gを介して、数珠つなぎに接続されることにより、制御部3に電気的に接続されている。これにより、それぞれの放射線検出器1内の読出回路8hは、制御部3から制御信号θを同時に受信可能とされる。
The plurality of
図6に示す転送方向の例では、複数の放射線検出器1間で図5に示した転送方向とは異なる転送方向にデジタル信号φ2がデイジーチェーン接続により転送される。すなわち、上下方向に沿った列のうちの左側最端列の複数の放射線検出器1は、上端部から下端部の放射線検出器1に向けてデジタル信号φ2を出力する。そして、上記最端列に隣接する2列目の複数の放射線検出器1については、上記の動作に対してデータ転送方向が逆の動作を行い、当該列の上端部の放射線検出器1は、右方向に隣接する放射線検出器1に向けて転送したデジタル信号φ2を出力する。さらに、3列目から右側最端列までの放射線検出器1は、同様なデータ転送機能を有する。ただし、最後にデータの転送を受けた最縁部の放射線検出器1は、処理部2に向けて転送されたデジタル信号φ2を出力する。
In the example of the transfer direction shown in FIG. 6, the digital signal φ2 is transferred between the plurality of
図7に示す転送方向の例では、左右方向に沿った列の複数の放射線検出器1毎にデジタル信号φ2の転送(列毎の並列転送)を行う。すなわち、左右方向に沿った列の複数の放射線検出器1は、左端部から右端部の放射線検出器1に向けてデジタル信号φ2を出力する。そして、右端部の放射線検出器1は、処理部2に向けて転送されたデジタル信号φ2を出力する。この際、データ転送の方向(図7におけるY軸に沿った方向)と制御信号θの複数の放射線検出器1間の伝達方向は同一伝達経路に沿った同一方向であってもよいし、互いに交わる方向であってもよい。例えば、制御信号θの制御部3からの伝達方向をデータ転送方向に垂直なX軸に沿った方向としてもよい。このようにすれば、データ転送方向は縦列接続数を少なくすることによって、並列に高速でデジタル信号φ2を読み出すことが可能にされると同時に、制御信号θの伝達のための並列接続の数を減らすことで制御信号θの数を減らすことができる。
In the example of the transfer direction shown in FIG. 7, the transfer of the digital signal φ2 is performed for each of the plurality of
以上説明した放射線画像センサ100においては、複数の放射線検出器1内の複数の読出回路8hのそれぞれにおいて、電荷生成器7の各画素によって生成された電荷に基づくデジタル値が出力される。このとき、複数の読出回路8hは、それぞれ、外部からの制御信号に応じて、デジタル値を示すデータを隣接する読出回路8hに順次転送した後に、隣接する放射線検出器1に出力する。このような構成により、複数の放射線検出器1における少なくとも一部の読出回路8hにおいて、回路基板4を経由して外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を向上させることができる。例えば、複数の放射線検出器1の複数の読出回路8h毎に回路基板4内にデータ出力用の配線を設ける場合には、回路基板4の深さ方向に複数層の配線層を設ける必要があり、画素数が多くなるに従って配線構造が複雑化する。これに対して、本実施形態では、配線構造が容易に単純化される。
In the
また、放射線画像センサ100においては、一の放射線検出器1の複数の読出回路8hは、一の放射線検出器1に含まれる全ての読出回路8hを経由させてデータを転送するように構成されている。この場合、複数の読出回路8hは、外部からの制御信号θに応じて、デジタル値を示すデジタル信号φ2を全ての読出回路8hを経由して転送する。このような構成により、放射線検出器1内のより多くの読出回路8hにおいて、外部にデータを出力するための配線が不要となる。その結果、データ出力用の配線の経路が一層単純化され、データによって示される出力情報の信頼度を一層向上させることができる。
Further, in the
本実施形態においては、放射線検出器1の複数の読出回路8hのうちの最縁部の読出回路8hの少なくとも1つは、制御信号に応じて、隣接する他の読出回路8hから転送されたデータを回路基板4に出力するように構成されている。この構成によれば、最縁部の読出回路8hが隣接する他の読出回路8hから転送されたデータを回路基板4に出力するので、放射線検出器1における複数の読出回路8hを経由して順次転送されたデータを、最縁部の読出回路8hが回路基板4に出力できる。これにより、放射線検出器1内の複数の読出回路8hからデータを出力ための配線が不要とされ、1つの放射線検出器1につながる配線の数を効率的に削減できる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。
In this embodiment, at least one of the
また、本実施形態において、放射線検出器1の複数の読出回路8hのうちの最縁部の読出回路8hの少なくとも1つは、当該放射線検出器1に隣接する他の放射線検出器1の最縁部の読出回路8hから出力されたデータを蓄積及び転送するように構成されている。この構成によれば、1つの放射線検出器1における最縁部の読出回路8hが、1つの放射線検出器1に隣接する他の放射線検出器1の最縁部の読出回路8hから出力されたデータを蓄積及び転送するように機能する。これにより、他の放射線検出器1からデータを出力するための配線を短くすることができる。その結果、出力情報の信頼度をさらに向上させることができる。
Further, in the present embodiment, at least one of the
本実施形態において、放射線検出器1の複数の読出回路8hのうち一次元方向に隣接する読出回路8hは、データを一次元方向に順次転送するように構成され、上記複数の読出回路8hのうち一次元方向の最縁部の読出回路8hは、一次元方向に略垂直な方向に隣接する読出回路8hにデータを転送するように構成されている。この構成によれば、放射線検出器1内で二次元的に配置された複数の読出回路8hから出力されるデータが、これらの複数の読出回路8h間の短い経路で、もれなく順番に転送される。その結果、放射線検出器1から外部につながる配線の数を最大限に削減できる。その結果、出力情報の信頼度を一層向上させることができる。
In this embodiment, among the plurality of
本実施形態において、放射線検出器1は、複数の読出回路8hが内部に形成された読出回路基板8を備え、最縁部の読出回路8hの少なくとも1つは、データを読出回路基板8の集積回路層8bを貫通する貫通電極8fを経由して回路基板4に出力している。この構成によれば、最縁部の読出回路8hと回路基板4とを接続する配線を電荷生成器7の範囲内に形成することができ、複数の放射線検出器1の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。
In this embodiment, the
一形態において、放射線検出器1は、複数の読出回路8hが内部に形成された読出回路基板8を備え、最縁部の読出回路8hの少なくとも1つには、データが、回路基板4と読出回路基板8の集積回路層8bを貫通する貫通電極8dとを経由して入力されている。このような構成によれば、最縁部の読出回路8hと回路基板4とを接続する配線を電荷生成器7の範囲内に形成することができ、複数の放射線検出器1の間の隙間を小さくすることができる。その結果、放射線撮像装置の不感帯の発生を防止できる。
In one form, the
本開示の放射線検出器は、前述した実施形態に限定されない。本開示の放射線検出器は、請求項の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 The radiation detector of the present disclosure is not limited to the embodiments described above. Various modifications of the radiation detector of the present disclosure are possible without departing from the gist of the claims.
上述した実施形態における放射線画像センサ100における放射線検出器1の個数あるいは画素数は一例であり、様々に変更されてもよい。
The number of
また、放射線検出器1が出力するデータは、放射線のエネルギに対応する電荷を示すデジタル信号には限定されず、放射線検出器1の各画素に入射する放射線粒子の数に対応する電荷を基にしたデジタル値であってもよい。
Moreover, the data output by the
放射線画像センサ100に備えられる複数の放射線検出器1の配列構成は、必ずしも2次元的に配列された構成である必要はなく、例えば、一次元的に配列された構成であってもよい。図8には、このような場合の放射線画像センサ100に含まれる複数の放射線検出器1におけるシリアルデータ転送の方向の関係を示す図である。本変形例では、左右方向に沿って配列された複数の放射線検出器1間でデジタル信号φ2の転送を行う。すなわち、左右方向に沿って配列された複数の放射線検出器1は、左端部から右端部の放射線検出器1に向けてデジタル信号φ2を出力する。そして、右端部の放射線検出器1は、処理部2に向けて転送されたデジタル信号φ2を出力する。
The arrangement configuration of the plurality of
100…放射線画像センサ(放射線撮像装置)、1…放射線検出器、4…回路基板、7…電荷生成器、8…読出回路基板、8d,8f…貫通電極、8h…読出回路(読出部)。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
複数の前記放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、
一の前記放射線検出器の前記複数の読出部は、
外部からの制御信号に応じて、前記デジタル値を示すデータを、隣接する他の前記読出部に順次転送し、前記複数の読出部内で前記一の放射線検出器に含まれる全ての読出部を経由させて転送した後に、隣接する他の放射線検出器に出力するように構成されている、
放射線撮像装置。 a plurality of charge generation units that generate charges corresponding to the energy of incident radiation or the number of particles; and a plurality of readout units that output digital values based on the charges generated by each of the plurality of charge generation units. , radiation detectors stacked on each other and arranged two-dimensionally;
A circuit board on which a plurality of the radiation detectors are arranged,
The plurality of readout units of one of the radiation detectors,
According to a control signal from the outside, the data indicating the digital value is sequentially transferred to other adjacent readout units, and passes through all the readout units included in the one radiation detector among the plurality of readout units. is configured to output to other adjacent radiation detectors after being transferred to
Radiation imaging device.
複数の前記放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、 A circuit board on which a plurality of the radiation detectors are arranged,
一の前記放射線検出器においては、前記複数の読出部が複数の領域に分割され、前記複数の領域毎に1つのデータ入力及び1つのデータ出力を有し、 In one of the radiation detectors, the plurality of readout units are divided into a plurality of regions, and each of the plurality of regions has one data input and one data output,
一の前記領域に含まれる前記複数の読出部は、 The plurality of readout units included in one of the regions,
外部からの制御信号に応じて、前記デジタル値を示すデータを、隣接する他の前記読出部に順次転送し、前記一の領域に含まれる全ての読出部を経由させて転送した後に、前記1つのデータ出力である前記読出部から隣接する他の放射線検出器に出力するように構成されている、 According to a control signal from the outside, the data indicating the digital value is sequentially transferred to other adjacent readout units, and transferred via all the readout units included in the one area. configured to output one data output from the readout unit to another adjacent radiation detector,
放射線撮像装置。Radiation imaging device.
複数の前記放射線検出器が配置された回路基板と、を備え、 A circuit board on which a plurality of the radiation detectors are arranged,
一の前記放射線検出器の前記複数の読出部は、 The plurality of readout units of one of the radiation detectors,
外部からの制御信号に応じて、前記デジタル値を示すデータを、隣接する他の前記読出部に順次転送し、最縁部の前記読出部から隣接する他の放射線検出器に出力するように構成され、 In response to a control signal from the outside, the data representing the digital value is sequentially transferred to other adjacent readout units, and output from the readout unit at the outermost edge to other adjacent radiation detectors. is,
複数の前記放射線検出器は、デイジーチェーン接続され、前記デジタル値を示すデータを、複数の前記放射線検出器を経由して転送するように構成されている、 The plurality of radiation detectors are daisy-chained and configured to transfer the data representing the digital value via the plurality of radiation detectors.
放射線撮像装置。Radiation imaging device.
前記最縁部の読出部の少なくとも1つは、前記データを前記別の回路基板を貫通する貫通電極を経由して前記回路基板に出力する、請求項4に記載の放射線撮像装置。 comprising another circuit board in which the plurality of readout units are formed;
5. The radiographic imaging apparatus according to claim 4, wherein at least one of the readout units at the outermost edge outputs the data to the circuit board via a through electrode penetrating the another circuit board.
前記最縁部の読出部の少なくとも1つには、前記データが、前記回路基板と前記別の回路基板を貫通する貫通電極とを経由して入力される、請求項5に記載の放射線撮像装置。 comprising another circuit board in which the plurality of readout units are formed;
6. The radiographic imaging apparatus according to claim 5, wherein said data is input to at least one of said readout units at said outermost edge via a through electrode penetrating through said circuit board and said another circuit board. .
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